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水热法制备掺杂变价稀土元素的磷酸亚铁锂

2020-12-10阅读(507)

水热法制备掺杂变价稀土元素的磷酸亚铁锂

论文摘要

本文采用水热法制备了LiFePO4并通过包覆葡萄糖、掺杂高价稀土元素Nd，Sm，Eu，Yb对材料进行改性，以期望提高其电化学性能。通过红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）、恒流充放电、交流阻抗（EIS）和循环伏安（CV）等对材料的结构和电化学性能进行了测试。根据TG-DTA曲线，通过变量实验，确定了水热反应温度和热处理的温度，结果表明，水热温度为190℃反应6h，二次煅烧温度为600℃烧结3h，产物的性能最好。在最优的实验条件下，对LiFePO4包覆碳，结果表明，包覆碳，可以提高导电率，产物放电比容量显著提高。对掺杂稀土元素的LiFe0.95M0.05PO4/C （M=Nd，Sm，Eu，Yb）复合材料进行微观结构表征、电化学性能测试和动力学性能测试，结果表明，水热法制备的样品颗粒细小且均匀，且有取向生长的特点，掺杂后的样品（020）面的峰强度较弱，（I200）/I（020）比值增大。掺杂稀土元素离子并不能明显细化产物颗粒（固相法掺杂有细化颗粒的效果），但是其取向生长的特点似乎更明显，比表面增大，产物颗粒的活性增大，且高价离子掺杂造成晶格缺陷，产生锂空位，电化学性能明显提高。LiFe0.95M0.05PO4/C（M=Nd，Sm，Eu，Yb）样品在0.2C充放电时，其首次放电比容量由109.4mAh/g分别提高到148.6mAh/g，153.6mAh/g，144.0mAh/g和160.7mAh/g。循环20次后容量保持率由59.5%分别提高到90.1%,96.2%,98.1%和94.9%。倍率放电性能也显著提高，LiFe0.95Yb0.05PO4/C样品在0.5C，1C，2C，5C放电比容量分别达到143.2mAh/g、131.0mAh/g、108.8mAh/g、99.7mAh/g。比表面测试结果表明，LiFePO4/C样品和LiFe0.95M0.05PO4/C （M=Nd，Sm，Eu，Yb）样品的比表面积由18.3m2/g分别提高到21.5m2/g、25.2m2/g、21.5m2/g和25.4m2/g。交流阻抗测试结果表明，LiFePO4/C样品和LiFe0.95M0.05PO4/C （M=Nd，Sm，Eu，Yb）样品的电荷转移电阻Rct由1327.8减小到236.2、137.3、185.1和119.1。循环伏安结果表明，掺杂后的样品，其电化学反应的可逆性增强。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 锂离子电池
  • 1.2.1 锂离子电池简介
  • 1.2.2 锂离子电池正极材料
  • 1.2.3 锂离子电池负极材料
  • 1.2.4 锂离子电池电解液
  • 4的结构及其工作原理'>1.3 LiFePO4的结构及其工作原理
  • 4的晶体结构'>1.3.1 LiFePO4的晶体结构
  • 4作为锂离子电池正极材料时的工作原理'>1.3.2 LiFePO4作为锂离子电池正极材料时的工作原理
  • 4的制备方法'>1.4 LiFePO4的制备方法
  • 1.4.1 高温固相法
  • 1.4.2 液相法
  • 1.4.3 微波法
  • 4的改性'>1.5 LiFePO4的改性
  • 1.6 本课题的研究内容和方法
  • 第2章 实验部分
  • 2.1 实验药品及仪器
  • 2.1.1 实验药品
  • 2.1.2 实验仪器
  • 2.2 实验内容
  • 2.2.1 样品的制备
  • 2.2.2 样品的表征
  • 2.2.3 电化学性能的测试
  • 2.2.4 交流阻抗测试
  • 2.2.5 循环伏安测试
  • 2.3 本章小结
  • 4/C'>第3章 水热法制备 LiFePO4/C
  • 3.1 引言
  • 3.2 TG-DTA 图分析
  • 3.3 水热法温度的探索与确定
  • 4结构的影响'>3.4 热处理对 LiFePO4结构的影响
  • 4结构的影响'>3.5 碳包覆对 LiFePO4结构的影响
  • 3.6 本章小结
  • 4/C 性能的影响'>第4章 掺杂稀土元素 Nd, Sm, Eu, Yb 对 LiFePO4/C 性能的影响
  • 4.1 引言
  • 0.95Nd0.05PO4/C 样品结构和性能的分析'>4.2 LiFe0.95Nd0.05PO4/C 样品结构和性能的分析
  • 0.95Nd0.05PO4/C 样品的 XRD 分析'>4.2.1 LiFe0.95Nd0.05PO4/C 样品的 XRD 分析
  • 0.95Nd0.05PO4/C 样品的 SEM 及 EDS 分析'>4.2.2 LiFe0.95Nd0.05PO4/C 样品的 SEM 及 EDS 分析
  • 0.95Nd0.05PO4/C 样品的循环性能分析'>4.2.3 LiFe0.95Nd0.05PO4/C 样品的循环性能分析
  • 0.95Nd0.05PO4/C 样品的倍率性能分析'>4.2.4 LiFe0.95Nd0.05PO4/C 样品的倍率性能分析
  • 0.95Nd0.05PO4/C 样品的电化学阻抗分析'>4.2.5 LiFe0.95Nd0.05PO4/C 样品的电化学阻抗分析
  • 0.95Nd0.05PO4/C 样品的循环伏安分析'>4.2.6 LiFe0.95Nd0.05PO4/C 样品的循环伏安分析
  • 0.95Sm0.05PO4/C 样品结构和性能的分析'>4.3 LiFe0.95Sm0.05PO4/C 样品结构和性能的分析
  • 0.95Sm0.05PO4/C 样品的 XRD 分析'>4.3.1 LiFe0.95Sm0.05PO4/C 样品的 XRD 分析
  • 0.95Sm0.05PO4/C 样品的 SEM 和 EDS 分析'>4.3.2 LiFe0.95Sm0.05PO4/C 样品的 SEM 和 EDS 分析
  • 0.95Sm0.05PO4/C 样品的循环性能分析'>4.3.3 LiFe0.95Sm0.05PO4/C 样品的循环性能分析
  • 0.95Sm0.05PO4/C 样品的倍率性能分析'>4.3.4 LiFe0.95Sm0.05PO4/C 样品的倍率性能分析
  • 0.95Sm0.05PO4/C 样品的电化学阻抗分析'>4.3.5 LiFe0.95Sm0.05PO4/C 样品的电化学阻抗分析
  • 0.95Sm0.05PO4/C 样品的循环伏安分析'>4.3.6 LiFe0.95Sm0.05PO4/C 样品的循环伏安分析
  • 4.4 LiFe0.95Eu0.05PO4/C 样品结构和性能的分析
  • 4.4.1 LiFe0.95Eu0.05PO4/C 样品的 XRD 分析
  • 4.4.2 LiFe0.95Eu0.05PO4/C 样品的 SEM 和 EDS 分析
  • 4.4.3 LiFe0.95Eu0.05PO4/C 样品的循环性能分析
  • 4.4.4 LiFe0.95Eu0.05PO4/C 样品的倍率性能分析
  • 4.4.5 LiFe0.95Eu0.05PO4/C 样品的电化学阻抗分析
  • 4.4.6 LiFe0.95Eu0.05PO4/C 样品的循环伏安分析
  • 0.95Yb0.05PO4/C 样品结构和性能的分析'>4.5 LiFe0.95Yb0.05PO4/C 样品结构和性能的分析
  • 0.95Yb0.05PO4/C 样品的 XRD 分析'>4.5.1 LiFe0.95Yb0.05PO4/C 样品的 XRD 分析
  • 0.95Yb0.05PO4/C 样品的 SEM 和 EDS 分析'>4.5.2 LiFe0.95Yb0.05PO4/C 样品的 SEM 和 EDS 分析
  • 0.95Yb0.05PO4/C 样品的循环性能分析'>4.5.3 LiFe0.95Yb0.05PO4/C 样品的循环性能分析
  • 0.95Yb0.05PO4/C 样品的倍率性能分析'>4.5.4 LiFe0.95Yb0.05PO4/C 样品的倍率性能分析
  • 0.95Yb0.05PO4/C 样品的电化学阻抗分析'>4.5.5 LiFe0.95Yb0.05PO4/C 样品的电化学阻抗分析
  • 0.95Yb0.05PO4/C 样品的循环伏安分析'>4.5.6 LiFe0.95Yb0.05PO4/C 样品的循环伏安分析
  • 4.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
  • 致谢
  • 作者简介

    • 相关论文文献

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